第三課時 核反應 核能
【教學要求】
1．知道原子核的組成和核力的概念；
2．理解核能的概念，知道獲得核能的兩種途徑。
【知識再現(xiàn)】
一、核反應
1．某種元素的原子核變?yōu)榱硪环N元素的原子核的過程叫做核反應。
2．常見的核反應分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變等幾種類型．
3．幾種典型的核反應：
（1）盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程為
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（2）德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程為
_____________________________
（3）伊麗芙?居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應方程為
_____________________________
二、核力
1．把核子緊緊束縛在___________，形成穩(wěn)定的原子核的力，稱為核力。
2．核力的特點：
（1）核力與核子是否帶電無關，質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間，中子與中子間都可以有核力作用．
（2）是一種強相互作用．
（3）是一種近程力（當兩個核子間距r＜2×10-15m時才發(fā)生作用）．只有相鄰的核子間才有核力作用．
三、核能（原子核的結(jié)合能）
1．克服核力做功，使原子核分解為單個核子時吸收的能量，或若干個單個核子在核力作用下結(jié)合成原子核時放出的能量，叫原子核的結(jié)合能，簡稱核能．
例如： H+ n→ H+△E（△E=2.22 MeV）
2．核能的計算
根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程 E=mc2或△E=△mc2
3．核能獲得的兩種途徑：
（1）重核的裂變：重核分裂成兩個（或兩個以上）中等質(zhì)量核時要釋放能量，這種核反應叫裂變．
（2）輕核的聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的變化．
知識點一對質(zhì)能方程的理解
一定的質(zhì)量m總是跟一定的能量mc2對應。核子在結(jié)合成原子核時的總質(zhì)量減少了，相應的總能量也要減少，根據(jù)能量守恒定律，減少的這部分能量不會憑空消失，它要在核子結(jié)合過程中釋放出去。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的這部分能量也不會憑空產(chǎn)生，要由外部來供給。
【應用1】為紀念愛因斯坦對物理學的巨大貢獻，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E=mc2，下列說法中不正確的是（ ）
A．E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比
B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可計算核反應的能量
C．一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成一個氘核時釋放能量，表明此過程出現(xiàn)了質(zhì)量虧損
D．E=mc2中的E是發(fā)生核反應中釋放的核能
導示: 質(zhì)能方程的本質(zhì)是：第一，質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一；第二，質(zhì)能方程提示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關系，這兩個量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在量值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可相互轉(zhuǎn)化；第三，質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律．生成的γ射線雖然質(zhì)量為零但能量不為零。故選D。
物體的質(zhì)量減少了，它的能量也減少；物體的質(zhì)量增加了，它的能量也增加；不能錯誤地認為質(zhì)量和能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。對質(zhì)量虧損，切忌不能誤解為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量。
知識點二裂變與聚變
鈾核裂變的反應為：
U+ n→ Xe+ Sr+ 2 n +217MeV
氘核和氚核聚合成氦核：
H＋ H→ He＋ n＋17.6MeV
【應用2】（07江蘇省如東中學期末）2008年北京奧運會場館周圍80％～90％的路燈將利用太陽能發(fā)電技術，奧運會90％的洗浴熱水將采用全玻真空太陽能集熱技術。太陽能的產(chǎn)生是由于太陽內(nèi)部所發(fā)生的一系列核反應形成的，其主要的核反應過程可表示為（ ）
A．
B．
C． D．
導示: 太陽能的產(chǎn)生是由于太陽內(nèi)部進行著激烈熱核反應（聚變反應），故選A。
類型一核反應方程的書寫
寫核反應方程的一般程序是：①先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應方程一般形式的適當位置；②根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律計算出未知核或未知粒子的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；③根據(jù)未知核或未知粒子的電荷數(shù)判定它們是哪種元素或哪種粒子，并在核反應方程一般形式的適當位置寫上它們的符號。
【例1】完成下列核反應方程，其中屬于衰變的是_________屬于人工轉(zhuǎn)變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是__________。
A．
B．
C．
D．
導示:根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒先完成核反應方程，然后根據(jù)核反應的類型即可判斷出反應類型．
答案 B A C D
寫核反應方程時的注意事項：
①對于核反應通常是不可逆的，方程中只能用箭頭(→)，不能用等號(=)；
②在核反應過程中，遵循電荷教守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，但“質(zhì)量數(shù)守恒”決不能說成“質(zhì)量守恒”；
③核反應的依據(jù)是客觀實驗，有許多核反應的產(chǎn)物不是唯一的(如鈾核裂變)．因此不能認為只要配平質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)就可隨意編造反應式。
類型二核能的計算
核能的計算方法：（1）根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損(△m)的千克數(shù)乘以真空中光速的平方(c=3X108m/s)即：△E=△mc2 ；（2）根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位乘以931.5 MeV，即：△E=△m×931.5MeV。
【例2】（07屆南京市第一次調(diào)研測試）物理學家們普遍相信太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應.根據(jù)這一理論，在太陽內(nèi)部4個氫核( )轉(zhuǎn)化成一個氦核( )和兩個正電子( )并放出能量.已知質(zhì)子質(zhì)量mP＝1.0073u，α粒子的質(zhì)mα＝4.0015u，電子的質(zhì)量me＝0.0005u． 1u的質(zhì)量對應931.5MeV的能量。
（1）寫出該熱核反應方程
（2）一次這樣的熱核反應過程中釋放出多少兆電子伏的能量?（結(jié)果保留四位有效數(shù)字）
導示:（1）4 → +2
（2）Δm＝4mP－mα－2me
=4×1.0073u－4.0015u－2×0.0005u
=0.0267u
則△E=△m×931.5MeV=0.0267u×931.5MeV/u =24.87 MeV
計算核能時需注意：使用公式△E=△mc2時，△m的單位是千克，△E的單位是焦耳；如果用△E=△m×931.5MeV時，△m的單位是原子質(zhì)量單位（u,1u=1.660566×10-27kg），△E的單位是兆電子伏。
1．（07合肥市教學質(zhì)量檢測一）據(jù)新華社報道，由我國自行設計、研制的世界第一套全超導核聚變實驗裝置（又稱“人造太陽”）已完成了首次工程調(diào)試。下列關于“人造太陽”的說法正確的是（ ）
A．“人造太陽”的核反應方程式是
B．“人造太陽”的核反應方程式是
C．根據(jù)公式△E=△mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應釋放的能量比裂變反應大得多
D．根據(jù)公式E=mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應釋放的能量與裂變反應釋放的能量相同
2．（07南京市金陵中學一模）在下列四個方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子，以下判斷中正確的是（ ）
A．X1是α粒子 B．X2是質(zhì)子
C．X3是中子 D．X4是電子
3．（07廣東省汕尾市調(diào)研測試）中子 、質(zhì)子 、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD，現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核，使之分解，用核符號寫出上述核反應方程，若分解后的中子、質(zhì)子的動能相等，則中子的動能是多少？
答案： 1．AC、 2．D、3．γ+ → + ；
［(mD－mp－mn)c2+E］。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaosan/59892.html
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